Сравнение свойств продуктов переработки осадков очистных сооружений, полученных двумя способами — вермикомпостированием и окислительно-гидролитической деструкцией
Введение 4
1.1 Осадки сточных вод 6
1.1.2 Опыт стран Европейского союза в утилизации осадков сточных вод 8
1.1.3 Утилизация осадков сточных вод в России 12
1.2 Вермикомпостирование 14
1.2.1 Вермикультура 14
1.2.2 Условия проведения вермикомпостирования 16
1.2.3 Вермикомпост 17
1.2.4 Особенности вермикомпостирования осадков сточных вод 20
2 Объекты и методы исследования 25
2.1 Объекты исследования 25
2.2 Методы исследования 25
3 Результаты исследования 31
3.1 Сравнение свойств илов осадков сточных вод и вермикомпоста, полученного из них. 31
3.1.1 Водно-физические свойства илов осадков сточных вод и вермикомпоста 31
3.1.2 Содержание водопрочных агрегатов илов осадков сточных вод и вермикомпоста. 31
3.1.3 Гранулометрический состав илов осадков сточных вод и вермикомпоста 32
3.1.4 Кислотность илов осадков сточных вод и вермикомпоста 33
3.1.5 Емкость катионного обмена и ее составляющие илов осадков сточных вод и
вермикомпоста 34
3.1.6 Формы азота в илах осадков сточных ввод и в вермикомпосте 35
3.1.7 Содержание подвижных соединений фосфора, калия и серы в илах осадков
сточных ввод и в вермикомпосте 35
3.1.8 Значения потерь при прокаливании, общего углерода органических соединений,
углерода по Тюрину (окисляемости), степени внутримолекулярной окисленности, углерода карбонатов, общего азота, отношения углерода к азоту в илах осадков сточных ввод и в вермикомпосте 36
3.1.9 Сравнение форм почвенного органического вещества в илах осадков сточных ввод
и в вермикомпосте 38
3.1.10 Содержание соединений тяжелых металлов в илах осадков сточных ввод и в
вермикомпосте 38
3.1.11 Содержание микробной биомассы и значения ферментативной активности в илах
осадков сточных ввод и в вермикомпосте 40
3.1.12 Фитотоксичность илов осадков сточных ввод и вермикомпоста 41
3.2. Сравнение свойств продуктов окислительно-гидролитической деструкции 43
3.2.1 Значения потерь при прокаливании, общего углерода органических соединений,углерода окисленного, общего азота, степени внутримолекулярной окисленности,отношения углерода к азоту в продуктах окислительно-гидролитической деструкции. 43
3.2.2 Коэффициенты цветности гуминовых веществ, полученных с помощью
окислительно-гидролитической деструкции 44
3.2.3 Молекулярно-массовое распределение гуминовых веществ, полученных с
помощью окислительно-гидролитической деструкции 45
3.2.4 Хемодеструкционное фракционирование гуминовых веществ, полученных с
помощью окислительно-гидролитической деструкции 45
3.2.5 Содержание подвижных фосфора и калия в гуминовых веществах, полученных с
помощью окислительно-гидролитической деструкции 46
3.2.6 Содержание тяжелых металлов в гуминовых веществах, полученных с помощью
окислительно-гидролитической деструкции 47
3.2.7 Фитотоксичность гуминовых веществ, полученных с помощью окислительно-гидролитической деструкции 47
Выводы 49
Список литературы 52
Приложение 60
В настоящее время производится огромное количество органических отходов, содержащих патогенные организмы (в частности, осадки сточных вод), которые являются результатом деятельности очистных сооружений и массово вывозятся на специальные полигоны. В результате чего под эти полигоны отчуждаются огромные территории, очистные предприятия вынуждены платить значительные суммы за вывоз отходов, а также страдает экологическая обстановка. Об остроте проблемы отходов говорит тот факт, что она стала одной из ключевых в национальном проекте «Экология» (2019-2024 годы). Одной из важнейших задач устойчивого развития страны является создание эффективной системы переработки органических отходов. Большинство ныне существующих методов представляют собой дорогостоящие химические и физические процессы, требующие покупки дорогих реактивов и оборудования, а также постоянного участия человека. Все это и определило актуальность наших исследований.
Цель - охарактеризовать свойства илов осадков сточных вод и вермикомпоста, а также гуминовых веществ, выделенных из этих объектов методом окислительно-гидролитической деструкции.
Задачи:
1) Охарактеризовать физические, химические и биологические свойства илов осадков сточных вод и вермикомпоста.
2) Определить параметры процесса окислительно-гидролитической деструкции (ОГД) илов осадков сточных вод и вермикомпоста с целью получения продукта в виде раствора гуминовых веществ (ГВ).
3) Сравнить свойства ГВ, полученных из осадков сточных вод и вермикомпоста методом ОГД.
4) Охарактеризовать токсичность ГВ, полученных методом ОГД из илов осадков сточных вод и вермикомпоста.
Апробация работы.
Холостов Г.Д., Сазанова Е.В. Агрохимическая характеристика вермикомпостов, полученных из илов сточных вод / Материалы Междунар. науч. конф. «Почва — жизнь» XXV Докучаевские молодежные чтения, посвященной 95-летию Почвенного института им. В.В. Докучаева и 100-летию кафедры почвоведения СПбГУ. СПб., 2022. С. 72-73.
Сазанова Е.В., Холостов Г.Д. Характеристика качественного состава органического вещества вермикомпостов, полученных из илов сточных вод / Материалы Междунар. науч. конф. «Почва — жизнь» XXV Докучаевские молодежные чтения, посвященной 95- летию Почвенного института им. В.В. Докучаева и 100-летию кафедры почвоведения СПбГУ. СПб., 2022. С. 155-157.
1. В вермикомпосте по сравнению с илами сточных вод значимо увеличилось содержание более агрономически ценных водопрочных агрегатов (диаметром от 3 до 0,25 мм) и илистой фракции (< 0,001 мм). При этом значения гигроскопической влажности, капилярной, наименьшей и полной влагоемкостей существенно не изменились.
2. Было выявлено, что вермикомпостирование илов осадков сточных вод привело к значимому снижению величин водородного показателя водной и солевой суспензии и гидролитической кислотности, а также к существенному увеличению величины ёмкости катионного обмена, содержания обменных оснований (Ca2+, Mg2+), нитратных (N-NO3-) и аммонийных (N-NH4+) форм азота, а также подвижных соединений калия и серы.
3. Как было установлено, существенно не изменились в процессе вермикомпостирования следующие свойства: удельная поверхность, степень насыщенности основаниями, потери при прокаливании, содержание трудноокисляемых органических соединений, нитритных формы азота и подвижного фосфора.
4. Вермикомпостирование привело к значимому увеличению содержания легкоокисляемого органического вещества и уменьшению содержания среднеокисляемого органического вещества, тогда как содержание трудноокисляемых органических соединений не изменилось.
5. Значения углерода органических соединений, определенного на основании улавливания выделявшегося углекислого газа, уменьшились в результате вермикомпостирования исходных илов, а значения углерода, определенного на основе восстановленных количеств трехвалентного хрома (методом Тюрина) — увеличились. Степень внутримолекулярной окисленности органической составляющей вермикомпостов по сравнению с исходными илами стала отрицательной (т. е. органическое вещество восстановилось). При этом отношение углерода к азоту (С/N) расширилось за счет уменьшения содержания общего азота. Вермикомпостирование также способствовало уменьшению содержание углерода карбонатов.
6. Вермикомпостирование способствовало к значимому увеличению валового содержания Cu, Cr, Ni и Fe и к уменьшению валового содержания Zn. Содержание Pb и Cd и в илах осадков сточных вод, и в вермикомпосте было ниже пределов обнаружения. Содержание всех соединений тяжелых металлов находилось в пределах ПДК.
7. В результате вермикомпостирования илов осадков сточных вод наблюдалось уменьшение значений общей биомассы микроорганизмов и увеличение протеолитической и целлюлозалитической активностей.
8. Всхожесть семян редиса не снизилась по сравнению с контролем (дистиллированной водой) ни в илах осадков сточных вод, ни в вермикомпосте. Значения индексов токсичности, определенных на основе всхожести семян редиса и высоты побегов, были отрицательными. Тогда как, значения индекса токсичности, определенных на основе длины корней, были положительными и у осадков сточных вод, и у вермикомпоста, что свидетельствовало о слабом загрязнении объектов исследования ксенобиотическими веществами.
9. Были установлены следующие параметры процесса окислительно-гидролитической деструкции илов осадков сточных вод и вермикомпоста: температура — 120° С, время — 3 часа, объемное отношение гидролизуемых субстратов к раствору — 1:4, концентрация едкого кали (KOH) в гидролитическом растворе — 0,25 моль/л.
10. Раствор гуминовых веществ, полученный гидролизом в щелочных условиях, из илов осадков сточных вод, по сравнению с таковым, полученным из вермикомпоста характеризовался меньшим содержанием углерода, определенного на основе восстановленных количеств трехвалентного хрома (методом Тюрина).
11. Гуминовые вещества, полученные из вермикомпоста методом ОГД, по сравнению с таковыми, полученными из исходных илов, характеризовались большими значениями коэффициентов цветности (Q465/650) и меньшими величинами молекулярной массы (первый «пик» был 60 и 85 кДа, а второй «пик» — 480 и 510 кДа, соответственно), уменьшением содержания общего азота и расширением отношения С/N, относительно возросла доля среднеокисляемого и трудноокисляемого органического вещества. Данные факты свидетельствуют об усилении биодеградации органического материала илов при вермикомпостировании.
12. Окислительно-гидролитическая деструкция органической составляющей исходных илов и вермикомпоста способствовала снижению содержания соединений тяжелых металлов в растворах гуминовых кислот, полученных из обоих субстратов, по всей видимости, за счет образования силикатов с катионами тяжелых металлов.
13. Растворы гуминовых веществ, полученные методом ОГД из исходных илов и вермикомпоста, будучи разбавленными в 100 и в 1000 раз, не оказали угнетающего влияния на всхожесть семян редиса, при этом индексы токсичности, определенные на основе длины корней и побегов проростков редиса, характеризовались отрицательными величинами, что свидетельствовало об их положительной биологической активности.
14. Вермикомпост на основе илов осадков сточных вод и ГВ, полученные из илов и вермикомпоста методом ОГД, могут быть использованы в сельском, лесном и озеленительном хозяйствах в качестве удобрительной подкормки.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
